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1、量子卫星上天对每个人的生存意义一中国 科学院朱清时：量子意识2016-08-24转载传奇岛传奇岛曾几何时，“意识”被科学拒之门外，而如今量子科学 却发现意识在自然科学的研究中不但规避不了，而且可能 反而是最基础的因素。今天我们带您一起看一看当今人类科学中的最新成就一 量子力学和人类智慧中最古老的思想佛学相互交融 时那种不约而同的惊叹。朱清时，中国科学技术大学前校长、中国科学院院士、国 务院学位委员会委员、第三世界科学院院士、中国绿色化 学的主要倡导者和组织者、南方科技大学创校校长、1994 年获海外华人物理学会亚洲成就奖和汤普逊纪念奖。今天讲的题目是量子意识现代科学与佛学的汇合 处。我们这代人
2、都知道一句老话，叫做：“科学研究的是不 以人的意志为转移的客观规律。”但是自然科学发展到今天，发现意识是怎样都规避不了 的，而且意识在自然科学理论中，反而可能是最基础的。如果大家听懂了，可能就会知道自然科学最终应该会和 佛学殊途同归。2量子力学的诡异现象量子力学也是自然科学史上被实验证明最精确的一个理 论，但是量子的观念，没有人能够理解。我说的没有人能 够理解，绝不是指像我们这个层次的人，而是说连量子力 学的创始人都不能理解。那么量子力学最不好懂的是些什么问题呢？我先把量子 力学中人们最不好懂的东西介绍给大家，而最不好懂的东 西最后恰好是证明了：意识不能被排除在客观世界之外。 一定要把意识加进
3、去你才能够认识搞懂它。1态叠加与坍缩量子力学的第一个诡异现象叫做态叠加原理和坍缩。为了解释量子力学观念，我先说说普通人的日常经验。 一般人认为客观物体一定要有一个确定的空间位置，这种 存在，是不以人的意志为转移的、是客观的。比如说，我 的女儿现在在客厅里面，或者说我的女儿现在不在客厅里 面，两者必居其一。女儿可以既在又不在客厅里吗？但在量子力学里就不一样了。量子力学就像说你的女儿 既在客厅又不在客厅，你要去看这个女儿在不在，你就实 施了观察的动作。你一观察，这个女儿的存在状态就坍缩 了，她就从原来的，在客厅又不在客厅的叠加状态，一下 子变成在客厅或者不在客厅的唯一的状态了。所以量子力学怪就怪在
4、这儿：你不观察它，它就处于叠 加态，也就是一个电子既在A点又不在A点，。你一观察, 它这种叠加状态就崩溃了，它就真的只在A点或者真的只 在B点了，只出现一。那有人就会说了：你这是诡辩，你怎么知道电子不观察 它的时候，它既在A点又不在A点呢？好，这就是量子力学发展过程中，很多实验确证的事情， 其中一个最著名最重要的实验，就是干涉实验证实电子同时在两处电子在没有观测的时候，没有确定的状态。所以这件事 是量子力学最诡异的事情。懂了这个，就懂了量子力学最 诡异的东西，而且随后我们就能来证明：量子力学离不开 意识，意识是量子力学的基础。2单体的叠加态：薛定谔的猫刚才说的是量子力学第一个诡异之点，现在我们
5、来看看 这个诡异之点往下推论，能够推出什么结果。最后结果会 使大家认识到，意识是量子力学的基础，物质世界和意识 不可分开。这个实验是量子力学的创始人薛定谔提出的，被称为 “薛定谔的猫”。既死又活的叠加态猫现在我来说薛定谔的实验是什么：把一只猫放进一个封 闭的盒子里，然后把这个盒子接到一个装置上，这个装置 包含一原子核和一毒气设施。原子核有百分之五十的 可能性发生衰变，衰变的时候就会发射出一个粒子来，这 个粒子一发出来就会触发毒气设施，毒气一触发就会杀死 这只猫，就是说猫也处于这种既死又活的迭加状态。这是 他想象中的一个实验。这个问题一提出来，物理学家一个个都惊呆了，原来以 为只有微观世界才有这
6、种态叠加，就是状态不确定，既处 于这个状态，又不处于这个状态。现在宏观世界也一样了， 猫不就是这样吗？有一只既死又活的猫。这与我们的经验严重违背。这个实验实际上就是“女儿 在客厅里，女儿不在客厅里”变了个样子说出来。这个猫 是死了还是活着？既死又活是同时存在的，量子力学就认 为两者同时存在。那么怎么可能既死又活同时存在呢？人不能想象这种状 态，于是大家就把这个实验进一步讨论下去。从不确定到确定可避免意识参与吗？1963年获得诺贝尔物理学奖的维格纳想了一个新的办法, 他说：我让个朋友戴着防毒面具也和猫一起呆在那个盒子 里面去，我躲在门外，对我来说，这猫是死是活我不知道，猫是既死又活。事后我问在毒
7、气室里戴防毒面具的朋友， 猫是死是活？朋友肯定会回答，猫要么是死要么是活，不 会说是半死不活的。他这个说法一出来大家就发现，问题在哪儿呢？一个人 和猫一起呆在盒子里，人有意识，意识一旦包含到量子力 学的系统中去，它的波函数就坍缩了，猫就变成要么是死， 要么是活了。也就是说猫是死是活，只要一有人的意识参 与，就变成要么是死，要么是活了，就不再是模糊状态了。维格纳总结道，当朋友的意识被包含在整个系统中的时 候，叠加态就不适用了。即使他本人在门外，箱子里的波 函数还是因为朋友的观测而不断地被触动，因此只有活猫 或者死猫两个纯态的可能。维格纳认为，意识可以作用于外部世界，使波函数坍缩 是不足为奇的。，
8、确实只能这样认为。因为外部世界的变 化可以引起我们意识的改变。大家想过没有，牛顿第三定律说作用力与反作用力是相 等的。我们的意识能够受外部世界的影响而改变，大家都 觉得没有问题，对吧？人的意识就是受外界客观世界的影 响改变了，随时都在变化。那为什么客观世界就能改变意 识，意识就不能改变客观世界呢？他就说意识是能够改变客观世界的，意识改变客观世界 就是通过波函数坍缩，就是使不确定状态变成确定的状态， 这样来影响的。所以波函数，也就是量子力学的状态，从不确定到确定 必须要有意识的参与，这就是争论到最后大家的结论。测量的核心是人的意识自然科学总是自诩为最客观、最不能容忍主观意识的， 现在量子力学发展
9、到这个地步，居然发现人类的主观意识 是客观物质世界的基础了。因为量子力学是我们客观物质世界最基础的理论。刚才 说过了，二十世纪人类技术进展都跟量子力学有关，而且 量子力学经过了最精确的实验验证。量子力学的基础就是：从不确定的状态变成确定的状态, 一定要有意识参与。这是物理学的一个重大成就。到这一步，我们对量子力学的诡异已经有所了解了，诡 异的基础实际上是：意识和物质世界不可分开，意识促成 了物质世界从不确定到确定的转移。这点很像在佛学中，一个念头一下子使物质世界产生出 来了，这样的概念。物质世界产生出来实际上是从不确定 一下子变成确定的，这两者很类似。刚才讲了量子力学两个诡异之点，诡异之点到最
10、后就达 到了物质世界离不开意识，意识是物质世界的基础，意识 才使物质世界从不确定到确定，发生这样的坍缩，也就是 变化。3多体的叠加态：量子纠缠现在再来讲量子力学第三个诡异之点，这个和前面讲的 状态有关，是它们的直接结论，叫做量子纠缠。量子纠缠与“薛定谔的猫”是类似的，只不过“薛定谔 的猫”讲的是同一个东西处于不同的状态的叠加，量子纠 缠讲的是如果有两个以上的东西它们都处于不同的状态的 叠加，它们彼此之间一定有明确的关系。这就是量子纠缠。纠缠态的手套比方，我们从北京买了一双手套，把手套中的一只寄到 香港，另一只寄到华盛顿，那么寄到香港的是左手戴的还 是右手戴的？谁都不知道，如果香港的人收到了打开
11、一看，是左手的， 那华盛顿的人不用看就知道收到的是右手的，因为手套是 左右配对的，这是个规则。一旦寄出去了，寄的过程中不 确定，但是一个人只要观测了他收到的手套是左手的还是 右手的，另一个人不用观测就知道了。这就是纠缠的一个 例子。大家会认为，你看没看它没关系，它早就确定了。但量 子力学大量实验证明，如果把同一个量子体系分开成几个 部分，在未检测之前，你永远不知道这些部分的准确状态； 如果你检测出其中之一的状态，在这瞬间其他部分立即调 整自己的状态与之相应。这样的量子体系的状态叫做“纠缠态”。就好比这个手 套在寄出以后，在还没被观测之前，它是不是确定呢？肯 定不确定。只有在你确定了其中某一个的
12、状态，另一个的 状态立刻就变化了，也变得确定起来了。这种关联就叫作 量子纠缠。大家也许很难理解这个纠缠，说实话，这个已经超出了 我们人类的理解能力的范围之外，你只能去试图想他、接 受他，跟我们日常生活中的客观经验已经不符了。量子隐形传输瞬间传输的未来这个例子还说明纠缠的一个重要特点：纠缠一方得到的 任何信息，另一方也会马上感到，不需要信息传递。这一 点很重要，后面要用到。这种纠缠的例子大家还容易理解，但是对于物质世界的 纠缠大家不太容易理解，原因就在于大家的观念都认为一 个事物永远都有个确定的状态，但是量子力学发现微观世 界的事物，在还没被观察之前没有明确的状态。大家记住量子纠缠就是对于多个微
13、观物体，在被观察之 后，它们的状态会从不确定到确定，作一个有关联的突变。 量子纠缠现在已经变成一个工具了，这个工具可以用来传 输东西、传输信息。我先来说，非量子力学的经典物理学的信息传输。比如一位女士有一本书，或者任何信息，她想传输到一 位男士手上去，这个男士在纽约，两个人根本看不见。经典物理学的传输方式是女士拿扫描仪来扫描这本书， 扫描之后通过网络系统，把信号传到男士那去，男士再把 它打印出来，这就是经典信号传输了。但经典信号传输有个大缺点，就是不完全。因为一本书 在扫描时候只能得到它的部分信息，这本书的颜色、纸张 的厚度、纸张的原子分子结构那就传不过去，传的只是照 相的图像，这就是经典物理
14、学的信号传输。量子信号传输就完全不同了。量子信号的传输利用量子 纠缠态。如果这位女士与男士离得很远，一个在火星上，一个在 地球上，他们可以用量子纠缠来传输信息。如果女士在A 点，她有光子A；男士在B点，他有光子B。光子A和B处于纠缠态，对A光子施加的任何作用或给 她的任何信息，B光子都马上得到。如果把这本书的全部信 息作用于A光子，那么B光子也马上得到。这就是量子隐形传输中，最后的B点得到的是和原来完 全一样的信息。经典物理传输后所复制出来的，只是纸上图像的信息， 没有复制任何“实体”本身。而量子隐形传输却是从“实 体”得到完整的信息，从而复制出了 “实体”本身，尽管 只是一个小小的量子态！这
15、个工作现在在全世界做得最领先的是欧洲国家，然后 就是中国。中科大有个年轻教授叫潘建伟，他做这个在全世界很有 名，做得很好。这个量子隐性传输能够实现，就使得人类 有这种可能：可以把在地球上某个东西的全部信息传到火 星上去，而且瞬间就传播了。现在传播的是某个东西的全部信息，总有一天能实现把 一个人的全部信息传递到火星上去，然后在那个地方用原 子组装出来，不就变成传输了一个人了吗？这个超远距离 隐性传输，就类似于中国古典小说中的幻想。（注：不是幻想，这就是中国刚发射的量子卫星原理）我讲这个，主要想让大家理解并记住，如果两个地方的 物质处于纠缠态，从纠缠的一方的所有信息可以瞬间传递 到纠缠的另一方去，这种传输没有时间空间的限制，是瞬 间传播的。这是量子力学第三个诡异的地方。3意识是量子物理现象意识是一种量子力学现象。为什么这么说呢？比如你面 前出现了一朵花，这时有两种可能的状态：一个没有任何分别心的人，“对境无心”，看花不是花, 此时他的意识处于自由的状态，他没看到花是不是红的， 好不好看，他看它并不是花，他根本就不动念头。这种境界在唐代张拙的诗中写道“一念不生全体现，六 根才动被云遮”。未经测试的电子&未生念头的意识这个自由状态与刚才所说量子力学的诡异现象怎么可以 比较起来呢？就是电子这些东西，在你没有测量的时候， 它处处都存在，也处处不存在，一旦你测量，电子就有个
